DE3587747T2 - METHOD AND DEVICE FOR TWO-DIMENSIONAL POSITION CODING BY PHOTON COUNTING. - Google Patents

Abstract

A two-dimensional photon position encoder system (10) and process which includes a detector (20) for enhancing the spatial resolution of the situs of the origin of incident photons of gamma rays. A plurality of scintillator material members (22) interact with the incident photons and produce a quantifiable number of photons which exit the scintillation material members. A tuned light guide (68) having a plurality of radiation barriers (92) of predetermined lengths define slots which are operatively associated with one of the scintillator material members. These slots (90) serve to enhance the predictability of the statistical distribution of photons along the length of the slotted light guide (68). A detector (20) detects the distribution of the photons at preselected locations along the length of the slotted light guide. In one embodiment, this detector (20) comprises a photomultiplier (70) which gathers information concerning the photoelectrons which are then counted. The statistical distribution of these photoelectrons is processed by an improved pattern recognition technique such that the positioning information can be determined.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Lagecodiervorrichtung und ist insbesondere auf ein zweidimensionales Photonenzähl- und Lagecodiersystem und ein entsprechendes Verfahren gerichtet, das eine deutlich verbesserte räumliche Auflösungscharakteristik aufweist. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung finden besondere Anwendung in einem verbesserten Positronemissionstomographiesystem zum Feststellen und qantitativen Messen biochemischer und/oder physiologischer Änderungen im Körper oder anderen lebenden Organismen, wobei jedoch die Verwendung nicht auf eine solche Anwendung beschränkt ist.The present invention relates generally to a position encoding device and is particularly directed to a two-dimensional photon counting and position encoding system and method having significantly improved spatial resolution characteristics. The features of the present invention find particular application in an improved positron emission tomography system for detecting and quantitatively measuring biochemical and/or physiological changes in the body or other living organisms, but use is not limited to such an application.

Positronemissisonstomographie (PET) ist eine Art eines nuklearmedizinischen Bildgebeverfahrens, das in einer Reihe von Anwendungen, insbesondere der medizinischen Diagnose und der Bildgebung zu Forschungszwecken verwendet wird. In einem typischen, nach dem neuesten Stand der Technik aufgebauten Positronemissiontomographiesystem wird eine Art eines radioaktiven Verbundstoffes, wie Fluorodeoxyglukose (FDG), die ein Radiopharmazeutikum ist, einem Patienten oder einem anderen lebenden Organismus zur Beobachtung verabreicht. Positronen, bei denen es sich um positiv geladene Teilchen handelt, werden durch die Isotopen des radioaktiven Verbundes emittiert, wenn die Isotopen innerhalb des Körpers zerfallen. Bei der Emission trifft das Positron auf ein Elektron und beide werden annihiliert. Als eine Folge einer Annihilation werden Gammastrahlen in der Form von zwei Photonen erzeugt. Man hat vor ungefähr dreißig Jahren festgestellt, daß diese Photonen in ungefähr einander entgegengesetzten Richtungen (ungefähr 180 Grad) emittiert werden. Die genaue Lage des die Positronen emittierenden Isotrops kann durch Feststellen dieser Photonen bestimmt werden. Üblicherweise sammeln PET-Abrastervorrichtungen Information, die die Ausbreitungslinien der unter unterschiedlichen Winkeln um den unter Überwachung stehenden Körper emittierten Photonen betreffen, und verarbeiten diese Information mittels eines Computers, um ein tomographisches Bild der Verteilung und Konzentration der Isotope zu erstellen. In diesem Zusammenhang können PET-Abrastervorrichtungen auch biochemische und physiologische Veränderungen beobachten und qantitativ bestimmen, die auf natürliche Weise und bei Störungen im menschlichen Körper auftreten.Positron emission tomography (PET) is a type of nuclear medicine imaging technique used in a variety of applications, particularly medical diagnosis and research imaging. In a typical state-of-the-art positron emission tomography system, some type of radioactive compound, such as fluorodeoxyglucose (FDG), which is a radiopharmaceutical, is administered to a patient or other living organism for observation. Positrons, which are positively charged particles, are emitted by the isotopes of the radioactive compound as the isotopes decay within the body. During emission, the positron strikes an electron and both are annihilated. As a result of annihilation, gamma rays are produced in the form of two photons. It was discovered about thirty years ago that these photons are emitted in roughly opposite directions (about 180 degrees). The exact location of the isotrope emitting the positrons can be determined by detecting these photons. Typically, PET scanning devices collect information that lines of propagation of photons emitted at different angles around the body under surveillance, and process this information using a computer to create a tomographic image of the distribution and concentration of the isotopes. In this context, PET scanning devices can also observe and quantify biochemical and physiological changes that occur naturally and in the event of disturbances in the human body.

Herkömmlicherweise verwenden Positronemissionstomographiesysteme diskrete Szintillatoren, üblicherweise in Ringen angeordnete Germanium-Wismuth-Kristalle. Typischerweise gibt es ungefähr 100 oder mehr Detektoren pro Ring, wobei es bis zu fünf Ringe in dem Detektoraufbau gibt. Ein Koinzidenzereignis stellt ein Ereignis dar, bei dem Gammastrahlen der zur Achse des Gegenstands abgegeben werden, welche als eine Linie definiert ist, entlang der die Positronannihilation aufgetreten sein muß. Die räumliche Auflösung in derzeitigen PET-Abrastersystemen ist durch die Auflösefähigkeit der Detektoren begrenzt. Gammastrahlungsdetektoren mit geringfügig erhöhter Auflösung können bei Verwendung einer Anordnung von Szintillatoren und Photovervielfacherröhren erhalten werden, welche mittels Lichtleiterabschnitten verbunden sind, in denen die Szintillatoren in vier Segmente mittels von rechtwinkeligen, mit einem reflektierenden Material beschichteten Schlitzen unterteilt sind. Solch eine Detektoranordnung kann eine Erhöhung in der räumlichen Auflösung entlang einer Richtung um einen Faktor 2 schaffen. Diese Detektoranordnung ist aus der US-A-4267452 bekannt.Traditionally, positron emission tomography systems use discrete scintillators, usually germanium-bismuth crystals arranged in rings. Typically, there are about 100 or more detectors per ring, with up to five rings in the detector assembly. A coincidence event represents an event in which gamma rays are emitted toward the axis of the object, which is defined as a line along which positron annihilation must have occurred. The spatial resolution in current PET scanning systems is limited by the resolving capability of the detectors. Gamma ray detectors with slightly increased resolution can be obtained using an array of scintillators and photomultiplier tubes connected by means of light guide sections in which the scintillators are divided into four segments by means of rectangular slits coated with a reflective material. Such a detector arrangement can provide an increase in the spatial resolution along one direction by a factor of 2. This detector arrangement is known from US-A-4267452.

Darüber hinaus ist die Ausrüstung für gegenwärtige PET-Abrastersysteme komplex und sehr teuer in der Herstellung und im Unterhalt. Weiter verwenden Lagecodiersysteme gemäß dem neuesten Stand der Technik Analogverfähren, um die Photonenemissionen festzustellen und zu analysieren. Solche analogen Verfahren sind instabil und können zusammen mit der beim Analysieren der Signale verwendeten Detektorverstärkung sich verändern.In addition, the equipment for current PET scanning systems is complex and very expensive to manufacture and maintain. Furthermore, state-of-the-art position encoding systems use analog methods to detect photon emissions Such analog methods are unstable and can change along with the detector gain used to analyze the signals.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zweidimensionales Photonenzähl- und Lagecodiersystem und ein Verfahren zu schaffen, das eine verbesserte räumliche Auflösungscharakteristik aufweist.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a two-dimensional photon counting and position encoding system and method having improved spatial resolution characteristics.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein solches System und Verfahren zu schaffen, die beträchtlich weniger teuer in der Herstellung und im Unterhalt sind.Another object of the present invention is to provide such a system and method which is considerably less expensive to manufacture and maintain.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Photonendetektor zu schaffen, der einen geschlitzten oder abgestimmten Lichtleiter beinhaltet, um den Codiervorgang zu erleichtern.It is yet another object of the present invention to provide a photon detector that includes a slotted or tuned light guide to facilitate the encoding process.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zählen der Photonen zu verwenden, anstatt ein weniger stabiles analoges Lageverarbeitungsverfahren während der Ansammlung von Informationen zur Erzeugung des tomographischen Bildes zu verwenden. Weiter werden Mustererkennungsverfahren in einer Ausführungsform verwendet, um die vom Detektor gesammelte Information zu decodieren.Yet another object of the present invention is to use a method and apparatus for counting the photons instead of using a less robust analog position processing method during the collection of information to produce the tomographic image. Furthermore, pattern recognition techniques are used in one embodiment to decode the information collected by the detector.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben in einer gattungsgemäßen Vorrichtung mit den Kennzeichnen des Anspruchs 1, einem Verfahren gemäß Anspruch 8 und einer Verwendung gemäß Anspruch 11 gelöst.According to the invention, these objects are achieved in a generic device with the characteristics of claim 1, a method according to claim 8 and a use according to claim 11.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer beim Betrachten der ausführlichen Beschreibung und der zugeordneten Zeichnungen für das zweidimensionale Photonenzähl- und Lagecodiersystem und das zugeordnete Verfahren. Ein Szintillationsdetektor wird verwendet, der eine Vielzahl von Teilen aus Szintillatormaterial, wie Kristallen, umfaßt, die mit der einfallenden Strahlung wechselwirken, um eine qantifizierbare Zahl von Photonen zu erzeugen. Eine abgestimmte, geschlitzte Lichtführung ist funktionell dem Kristall zugeordnet und bestimmt eine vorbestimmte Zahl von Schlitzen. Wenigstens ein Schlitz ist jedem Kristall zugeordnet. Die Photonen treten aus dem Kristall im Anschluß an einen Szintillationsprozeß aus und treten in die geschlitzte Lichtführung ein, wobei die Photonen mit einer kontrollierten Wahrscheinlichkeit entlang der Länge der Führung verteilt sind. Eine Vorrichtung zum Nachweisen der Photonen ist an vorbestimmten Stellen entlang der Länge der Lichtführung vorgesehen. In einer Ausführungsform sind Photovervielfacher vorgesehen, um die Photoelektronen zu zählen. Mustererkennungsverfahren können verwendet werden, um die Lage des als Folge eines Annihilationsprozesses emittierten Photons zu bestimmen, d. h. die Lage des das Positron emittierenden Isotops. Das Verfahren und das System, die verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung verwirklichen, können in verschiedenen Anwendungen, wie PET-Abrastersystemen, verwendet werden.Further objects and advantages of the present invention will become more apparent upon consideration of the detailed description and associated drawings for the two-dimensional photon counting and position encoding system and method. A scintillation detector is used which comprises a plurality of pieces of scintillator material, such as crystals, which interact with the incident radiation to produce a quantifiable number of photons. A tuned slotted light guide is operatively associated with the crystal and defines a predetermined number of slots. At least one slot is associated with each crystal. The photons exit the crystal following a scintillation process and enter the slotted light guide, the photons being distributed along the length of the guide with a controlled probability. Device for detecting the photons is provided at predetermined locations along the length of the light guide. In one embodiment, photomultiplier tubes are provided to count the photoelectrons. Pattern recognition techniques can be used to determine the location of the photon emitted as a result of an annihilation process, ie, the location of the isotope emitting the positron. The method and system embodying various features of the present invention can be used in various applications, such as PET scanning systems.

Die oben erwähnten Merkmale der Erfindung sind klarer verständlich bei Betrachtung im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung, die zusammen mit den begleitenden Zeichnungen zu lesen ist. In den Zeichnungen zeigenThe above-mentioned features of the invention will be more clearly understood when considered in connection with the following description, which is to be read together with the accompanying drawings. In the drawings

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Positronemissionstomographieabrastersystems, das ein zweidimensionales Photonenzähl- und Lagecodiersystem verkörpert, das bestimmte Merkmale der vorliegenden Erfindung beinhaltet;Figure 1 is a perspective view of a positron emission tomography scanning system embodying a two-dimensional photon counting and position encoding system incorporating certain features of the present invention;

Fig. 2 eine Endansicht des Rings des Abrasterbereichs desFig. 2 is an end view of the ring of the scanning area of the

Systems, das in Fig. 1 dargestellt ist und die Lageanordnung der Szintillationsdetektoren darstellt;system shown in Fig. 1 and showing the positional arrangement of the scintillation detectors;

Fig. 3 eine Schnittansicht des in der Fig. 1 dargestellten Abrastersystems;Fig. 3 is a sectional view of the scanning system shown in Fig. 1;

Fig. 4A eine perspektivische Ansicht eines Szintillationsdetektors, der gemäß der Darstellung eine funktionell den Kristallen zugeordnete geschlitzte Lichtführung umfaßt;Fig. 4A is a perspective view of a scintillation detector shown including a slotted light guide operatively associated with the crystals;

Fig. 4B eine perspektivische Darstellung eines Detektors, der verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung verkörpert;Fig. 4B is a perspective view of a detector embodying various features of the present invention;

Fig. 4C eine perspektivische Darstellung eines Detektors nach dem Stand der Technik, wobei ein Vergleich dieser Detektoren gemäß den Fig. 4B und 4C zusammen mit der entsprechenden ausführlichen Beschreibung das Merkmal der verbesserten räumlichen Auflösung des erfindungsgemäßen Detektors darlegt;Fig. 4C is a perspective view of a prior art detector, a comparison of these detectors according to Figs. 4B and 4C together with the corresponding detailed description showing the feature of the improved spatial resolution of the detector according to the invention;

Fig. 4D eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Detektors;Fig. 4D is a perspective view of an alternative embodiment of a detector according to the invention;

Fig. 5A, 5B und 5C jeweils Vorder-, Seiten- und Bodenansichten des in der Fig. 4 dargestellten Detektors;Fig. 5A, 5B and 5C are front, side and bottom views, respectively, of the detector shown in Fig. 4;

Fig. 6 eine grafische Darstellung einer Wahrscheinlichkeitsdichte von Photonen (Photoelektronen), die an vorbestimmten Kristall/Szintillatorlagen auftreten;Fig. 6 is a graphical representation of a probability density of photons (photoelectrons) occurring at predetermined crystal/scintillator layers;

Fig. 7 das für die Ausführung von bestimmten Zähl- und Mustererkennungsverfahren des Systems verwendete Schaltkreisdiagramm;Fig. 7 shows the circuit diagram used to carry out certain counting and pattern recognition processes of the system;

Fig. 8 eine alternative Ausführungsform einer Anwendung, die ein zweidimensionales Photonenzähl- und Lagecodiersystem verwendet, das bestimmte Merkmale der vorliegenden Erfindung umfaßt; undFig. 8 shows an alternative embodiment of an application using a two-dimensional photon counting and position encoding system incorporating certain features of the present invention; and

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines die Merkmale der vorliegenden Erfindung verwirklichenden Verfahrens.Fig. 9 is a block diagram of a method embodying the features of the present invention.

Ein zweidimensionales Photonenlagecodiersystem ist allgemein mit 10 in der Fig. 1 bezeichnet. In dieser Darstellung umfaßt das System 10 verschiedene Merkmale der Erfindung und wird in einem Positronemissionstomographie- (PET) -Abrastersystem 12 angewendet, das üblicherweise bei medizinischen Diagnoseabbildungsverfahren und bei Bilderzeugungsanwendungen für die Forschung verwendet wird. Insbesondere umfaßt dieses Abrastersystem 12, das im wesentlichen eine herkömmliche Entwurfsart mit Ausnahme der Verwendung des erfindungsgemäßen Photonlagecodiersystems 12 aufweist, ein Patientenbett 14, das einen Patienten 16 während eines medizinischen, diagnostischen Bilderzeugungsbetriebs trägt (vgl. Fig. 2). Das dargestellte Patientenbett 14 umfaßt einen verschiebbaren Schlitten 18, der wahlweise betrieben wird, um den Patienten 16 in die für den diagnostischen Betrieb des Abrastersystems geeignete Lage zu bewegen (vgl. Fig. 2). In einer solchen Lage ist ein ausgewählter Bereich des Körpers des Patienten, der untersucht werden soll, in einer Ebene angeordnet, die durch die Teile 22 aus Szintillatormaterial des Lagecodiersystems 10 bestimmt ist, und die hier im folgenden allgemeiner beschrieben werden wird.A two-dimensional photon position encoding system is generally indicated at 10 in Fig. 1. As shown, the system 10 includes various features of the invention and is employed in a positron emission tomography (PET) scanning system 12 commonly used in medical diagnostic imaging and research imaging applications. In particular, this scanning system 12, which is essentially of conventional design except for the use of the photon position encoding system 12 of the invention, includes a patient bed 14 that supports a patient 16 during a medical diagnostic imaging operation (see Fig. 2). The patient bed 14 is shown including a slidable carriage 18 that is selectively operated to move the patient 16 into the appropriate position for the diagnostic operation of the scanning system (see Fig. 2). In such a position, a selected region of the patient's body to be examined is arranged in a plane defined by the pieces 22 of scintillator material of the position encoding system 10, and which will be described more generally hereinafter.

Das Photonenlagecodiersystem 10, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist, ist in Form eines Rings 24 ausgebildet, der weiter unten genauer beschrieben werden wird. Dieser Ring wird von einem Halterahmen 26 herkömmlicher Art getragen. Der Halterahmen ist drehbar um eine horizontale Achse mittels eines U-förmigen Haltebügels 28 gehaltert. Dieser Haltebügel 28 kann um eine vertikale Achse durch eine Drehvorrichtung 30 gedreht werden, die den Halterahmen 26 unterstützt.The photon position coding system 10, as shown in Fig. 1, is in the form of a ring 24, which will be described in more detail below. This ring is carried by a support frame 26 of conventional type. The support frame is rotatably supported about a horizontal axis by means of a U-shaped support bracket 28. This support bracket 28 can be rotated about a vertical axis by a rotating device 30 which supports the holding frame 26.

Eine Computerkonsole, die allgemein mit 32 bezeichnet ist, ist elektrisch mit der Abrastervorrichtung 12 verbunden und dient zur Steuerung der Bewegung und einer elektronischen Steuerung, die normalerweise im Zusammenhang mit einer Abrastervorrichtung 12 steht, wie dem Antrieb zum Drehen des Halterahmens 26 um eine horizonale und/oder vertikale Achse. Dieser Computer 32 umfaßt eine Tastatur 34 und einen Bildschirm 36 von herkömmlicher Bauart. Weiter ermöglicht ein Tomographiebildschirm 38 einem an der Computerkonsole 32 sitzenden Bediener, ein von der Abrastervorrichtung 12 erzeugtes Tomogramm eines Körperabschnitts zu betrachten.A computer console, generally designated 32, is electrically connected to the scanning device 12 and serves to control the movement and electronic control normally associated with a scanning device 12, such as the drive for rotating the support frame 26 about a horizontal and/or vertical axis. This computer 32 includes a keyboard 34 and a display screen 36 of conventional design. Furthermore, a tomography screen 38 allows an operator seated at the computer console 32 to view a tomogram of a body portion generated by the scanning device 12.

Um ein tomographisches Bild eines Körperabschnitts eines ausgewählten Bereichs eines Körpers 16 eines Patienten zu erzeugen, wird der Patient in die Patientenöffnung 40 bewegt. Ein radioaktives Isotop, wie ein Radiopharmazeutikum, wird normalerweise dem Patienten vor der Bewegung in die Patientenöffnung 40 verabreicht. Während der Zeit, in der sich das radioaktive Isotop in dem Körper befindet, werden Positronen emittiert. Jedes dieser Positronen rekombiniert mit einem Elektron und wird annihiliert. Gammastrahlen in der Form von zwei Photonen werden in entgegengesetzten Richtungen aus dem Ort der Annihilation abgegeben. Diese Photonen breiten sich in entgegengesetzten Richtungen oder um 180 Grad voneinander getrennten Richtungen aus. Der Nachweis des Vorhandenseins, der Richtung der Ausbreitung und der Verteilung der Photonen schafft eine für das Erzeugen eines tomographischen Bildes eines Körperabschnitts oder eines Abschnitts eines anderen lebenden Organismus, der in dem Abrastersystem angeordnet ist, notwendige Information.To produce a tomographic image of a body portion of a selected region of a patient's body 16, the patient is moved into the patient port 40. A radioactive isotope, such as a radiopharmaceutical, is typically administered to the patient prior to movement into the patient port 40. During the time the radioactive isotope is in the body, positrons are emitted. Each of these positrons recombines with an electron and is annihilated. Gamma rays in the form of two photons are emitted in opposite directions from the site of annihilation. These photons propagate in opposite directions or directions 180 degrees apart. The detection of the presence, direction of propagation and distribution of photons provides information necessary for generating a tomographic image of a body portion or a portion of another living organism located in the scanning system.

In dem Ring 24, der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist, sind Detektoren in einer Ebene (oder Ebenen) angeordnet und umgeben vollständig den Körper eines Patienten. Dieser Ring ist schematisch in der Fig. 2 dargestellt. Eine Querschnittsansicht eines Halterings herkömmlicher Bauart für die Detektoren ist in der Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur ist der Aufbau zur Unterstützung des Rings allgemein mit 42 bezeichnet. Dieser Aufbau umfaßt einen Rahmen 44, der die Abschirmungen 46 und 48 und die einstellbare axiale Abschirmung 50 trägt. Die Detektoranordnung, die allgemein mit 52 bezeichnet ist, umgibt die Patientenöffnung 40 und hat eine Wechselwirkung mit den entlang eines gepunkteten Wegs, der allgemein als 54 bezeichnet ist, sich ausbreitenden Photonen. Diese Photonen treten durch die Öffnungen 56 und wechselwirken mit den Teilen 22 aus Szintillatormaterial, um zu ermöglichen, daß das Photonenlagecodiersystem mit der Ansammlung von Information beginnt, die für die Bestimmung der Verteilung und die räumliche Auflösung von Photonen und den Orts ihres Entstehens notwendig ist.In the ring 24 shown in Figs. 1, 2 and 3, detectors are arranged in a plane (or planes) and completely surround the body of a patient. This ring is shown schematically in Figure 2. A cross-sectional view of a conventional type of support ring for the detectors is shown in Figure 3. In this figure, the structure for supporting the ring is generally indicated at 42. This structure includes a frame 44 which carries the shields 46 and 48 and the adjustable axial shield 50. The detector assembly, generally indicated at 52, surrounds the patient aperture 40 and interacts with photons propagating along a dotted path generally indicated at 54. These photons pass through the apertures 56 and interact with the pieces 22 of scintillator material to enable the photon position encoding system to begin accumulating information necessary to determine the distribution and spatial resolution of photons and the location of their origin.

Somit ist eine typische Anwendung eines verbesserten zweidimensionalen Photonenlagecodiersystems 10 in den Fig. 1, 2 und 3 beschrieben und dargestellt worden, in denen ein ansonsten herkömmliches Positionsemissionstomographieabrastersystem 12 beschrieben ist. Soweit das Abrastersystem 12 herkömmlicher Art ist, werden die Einzelheiten des Betriebs des Abrastersystems, die Drehbewegung des Halterahmens und andere Merkmale hier nicht im einzelnen beschrieben, da sie im Rahmen des Stands der Technik zur Verfügung stehen. Eine Abrastervorrichtung, wie das Abrastersystem 12, das ein zweidimensionales Photonenlagecodiersystem 10 verwendet, wird bestimmte Verbesserungen gegenüber Systemen nach dem Stand der Technik aufweisen. Dementsprechend wird das verbesserte Lagecodiersystem 10 nun im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben werden.Thus, a typical application of an improved two-dimensional photon position encoding system 10 has been described and illustrated in Figures 1, 2 and 3, in which an otherwise conventional position emission tomography scanning system 12 is described. To the extent that the scanning system 12 is conventional, the details of the operation of the scanning system, the rotational movement of the support frame and other features will not be described in detail here, as they are available within the prior art. A scanning device such as the scanning system 12 employing a two-dimensional photon position encoding system 10 will have certain improvements over prior art systems. Accordingly, the improved position encoding system 10 will now be described in conjunction with the drawings.

Ein zweidimensionales Photonenlagecodiersystem, das gemäß verschiedenen Merkmalen zur Erfindung aufgebaut ist, ist allgemein bei 10 in der Fig. 4 dargestellt. Dieses Codiersystem 10 ist besonders für die Verwendung in Verbindung mit einem Positronemissionstomographen (PET) geeignet, wie er in medizinischen Anwendungen und wie oben beschrieben verwendet wird. Es ist jedoch jederzeit dehnbar, daß die Verwendung des Systems und des in dem System verwendeten Verfahrens nicht auf Anwendungen für die Positronemissionstomographie beschränkt sind. Beispielsweise ist das System für die Verwendung im Zusammenhang mit Einzelphotonen-Gammastrahlungsbilderzeugungssystemen, Kernforschungsexperimenten ("crystal ball"), medizinischer Bilderzeugung und Materialanalysen geeignet. Andere Anwendungen können für den Fachmann offensichtlich sein.A two-dimensional photon position coding system constructed in accordance with various features of the invention is generally at 10 in Fig. 4. This encoding system 10 is particularly suitable for use in conjunction with a positron emission tomograph (PET) as used in medical applications and as described above. However, it is always to be understood that the use of the system and the method used in the system are not limited to positron emission tomography applications. For example, the system is suitable for use in conjunction with single photon gamma ray imaging systems, crystal ball nuclear research experiments, medical imaging and materials analysis. Other applications may be obvious to those skilled in the art.

Ein zweidimensionales Photonenlagecodiersystem 10 umfaßt einen Detektor 20, der eine verbesserte räumliche Auflösungscharakteristik aufweist. Insbesondere umfaßt der Detektor 20 eine Vielzahl von Teilen 22 aus Szintillatormaterial, die an vorbestimmten Stellen in einer Matrixkonfiguration angebracht sind, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Eine Vielzahl von Detektoren kann in einer Feldanordnung angeordnet sein, die den lebenden Organismus, wie den in der Fig. 2 gezeigten, sich unter Beobachtung befindenden menschlichen Körper 16, umgibt, wobei jedoch die Anordnung der Detektoren 20 in Abhängigkeit von der entsprechenden Anwendung sich ändern kann, wie genauer im Zusammenhang mit der in der Fig. 8 dargestellten Anordnung herausgestellt werden wird. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform umfaßt der Detektor 20 eine Vielzahl von Teilen 22 aus Szintillatormaterial, die eine Vielzahl von Germanium- Wismuth-Kristallen 64 umfassen, die in einer Matrixanordnung angeordnet sind. Die dargestellte Kristallmatrix ist ein 4·8-Feld.A two-dimensional photon position encoding system 10 includes a detector 20 having improved spatial resolution characteristics. In particular, the detector 20 includes a plurality of pieces 22 of scintillator material mounted at predetermined locations in a matrix configuration, as shown in Figure 4. A plurality of detectors may be arranged in an array surrounding the living organism, such as the human body 16 under observation shown in Figure 2, but the arrangement of the detectors 20 may vary depending on the particular application, as will be more fully discussed in connection with the arrangement shown in Figure 8. In the embodiment shown in Figure 4, the detector 20 includes a plurality of pieces 22 of scintillator material comprising a plurality of germanium-bismuth crystals 64 arranged in a matrix arrangement. The crystal matrix shown is a 4x8 array.

Insbesondere umfaßt der Detektor 20 eine Vielzahl von Genflanium-Wismuth-Kristallen (BGO), die in der Fig. 5A der Reihe nach von Nummer 1' bis 32' bezeichnet sind. Diese Kristalle weisen einen im wesentlichen rechteckigen äußeren Querschnitt auf und sind auf der Lichtführung 68 angebracht, auf die der Photovervielfacher 25 folgt. Die praktische Ausführung sah bisher vor, mehrere BGO-Kristalle auf einem einzigen Photovervielfacher anzubringen, wobei die Lage durch auf den einzelnen Kristallen angebrachte Photodioden codiert würde. Der hauptsächliche Nachteil dieses Systems nach dem Stand der Technik besteht in dem Bedarf für eine Kühlung der Photodiode, was eine Anforderung darstellt, die die wirtschaftliche Eignung des Systems verringert. Weiter sah die praktische Ausführung bisher vor, eine Lichtabtrennung von mehreren Szintillatoren zu verwenden, die zum Inlagebringen des Szintillators verwendet würde. Bei dieser Bauform folgt auf jeweils vier Szintillatoren ein Photovervielfacher. Aufgrund der Verwendung einer nichtgeschlitzten Lichtführung nach dem bekannten Stand der Technik wird die Lageauflösung für manche Szintillatoren schlechter sein als für andere. Mit anderen Worten, die Lageauflösung ist bei dem Detektor mit Lichtabtrennung in dem zusammenhängenden Ring, welcher nach dem Stand der Technik verwendet wird, nicht optimiert.In particular, the detector 20 comprises a plurality of gene flanium bismuth crystals (BGO), which are designated in Fig. 5A in sequence from number 1' to 32'. These Crystals have a substantially rectangular outer cross-section and are mounted on the light guide 68, which is followed by the photomultiplier 25. The practical implementation has been to mount multiple BGO crystals on a single photomultiplier, with the position encoded by photodiodes mounted on the individual crystals. The primary disadvantage of this prior art system is the need for cooling the photodiode, a requirement which reduces the economic viability of the system. Further, the practical implementation has been to use a light separator from multiple scintillators which would be used to position the scintillator. In this design, one photomultiplier follows every four scintillators. Due to the use of a non-slit light guide in the known prior art, the position resolution for some scintillators will be worse than for others. In other words, the position resolution is not optimized for the detector with light separation in the continuous ring used in the prior art.

Die analogen Differenzsignale aus angrenzenden Photovervielfachern wurden bisher dazu verwendet, die genaue Lage des Szintillators zu bestimmen, der den Gammastrahlungsvorgang nachweist. Ein hauptsächlicher Nachteil dieser Bauart liegt in den Kosten und der Komplexität der Herstellung eines solchen Detektors. Die Verwendung von analogen Signalen führt zur Instabilität bei der Bestimmung der Szintillatorlage. Eine analoge Verarbeitung führt zur Drift aufgrund der hohen Spannungsschwankungen in dem Photovervielfacher und in der inhärenten Instabilität der Photovervielfacherverstärkung. Weiter gibt es ein größeres Problem beim Anbringen von mehreren hundert Kristallen an einer zusammenhängenden Lichtführung, unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines hohen Grads an Einheitlichkeit in der Beabstandung der Detektoren.The analog differential signals from adjacent photomultipliers have been used to determine the exact location of the scintillator that detects the gamma radiation process. A major disadvantage of this design is the cost and complexity of manufacturing such a detector. The use of analog signals leads to instability in determining the scintillator location. Analog processing leads to drift due to the high voltage fluctuations in the photomultiplier and the inherent instability of the photomultiplier gain. There is also a major problem in attaching several hundred crystals to a continuous light guide while maintaining a high degree of uniformity in the spacing of the detectors.

Die Kristalle 64 sind an dem Lichtleiter 68 auf herkömmliche Weise angebracht, beispielsweise mittels einer Klammerung, mittels eines Klebstoffs oder ähnlichem. Üblicherweise ist der gesamte Detektor 20 mit einer reflektierenden Farbschicht, wie einer Barium-Sulfat-Reflektor-Farbschicht, im Anschluß an die Vervollständigung seines Aufbaus überzogen, um eine Verhinderung von Interferenz durch Hintergrundlichtquellen zu fördern. Man wird natürlich erkennen, daß die Größe und Art des Kristalls für die bestimmte Anwendung wechseln kann. Beispielsweise kann Bariumfluorid als Kristall verwendet werden. In der dargestellten Ausführungsform, die in der Fig. 5A gezeichnet ist, ist die gesamte Größe der Detektoroberfläche, durch die die Photonen in den Detektor eintreten, 50,8 cm·50,8 cm, und die Länge eines jeden einzelnen Kristalls beträgt 25 cm. Man wird natürlich erkennen, daß diese Größe lediglich als Beispiel dienen und andere Größen je nach Notwendigkeit oder Wunsch verwendet werden können.The crystals 64 are attached to the light guide 68 in a conventional manner, such as by means of a clamp, an adhesive or the like. Typically, the entire detector 20 is coated with a reflective paint layer, such as a barium sulfate reflector paint layer, following completion of its construction to assist in preventing interference from background light sources. It will of course be appreciated that the size and type of crystal may vary for the particular application. For example, barium fluoride may be used as the crystal. In the illustrated embodiment, drawn in Figure 5A, the total size of the detector surface through which the photons enter the detector is 50.8 cm x 50.8 cm and the length of each individual crystal is 25 cm. It will of course be appreciated that these sizes are only intended as an example and that other sizes may be used as needed or desired.

Durch einen Aufbau des Detektors, wie er in den Fig. 4A und 4b dargestellt ist, kann die Zahl der Photovervielfacher, die am Ausgang des Lichtleiters verwendet werden, um einen Faktor 8 im Vergleich zu einem bestimmten nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren verringert werden. Wie in den Fig. 4A bis 4D und 5A bis 5C dargestellt ist, können insbesondere vier Photovervielfacher, nämlich 70A bis 70D, an dem Ausgang des Lichtleiters 68 verwendet werden. Das Feld der Kristalle 64, die einzeln von 1' bis 32' durchnumeriert sind, ist genauer in Fig. 5A dargelegt. Der Pfeil 72 bezeichnet die axiale Richtung, das ist die Längsrichtung des Organismus, beispielsweise des Körpers 16, der beobachtet werden soll. Daher gibt es vier Ebenen, in denen tomographische Körperquerschnittsbilder angefertigt werden können, wenn ein Ringfeld aus Detektoren verwendet wird, wie es in der PET-Abrastersystemanwendung der in der Fig. 1 dargestellten Art der Fall ist. Der Pfeil 74 bezeichnet eine quer zur Achse weisende (transaxiale) Richtung.By constructing the detector as shown in Figures 4A and 4b, the number of photomultipliers used at the output of the light guide can be reduced by a factor of 8 compared to a certain prior art method. In particular, as shown in Figures 4A to 4D and 5A to 5C, four photomultipliers, namely 70A to 70D, can be used at the output of the light guide 68. The array of crystals 64, individually numbered from 1' to 32', is shown in more detail in Figure 5A. The arrow 72 indicates the axial direction, that is the longitudinal direction of the organism, for example the body 16, to be observed. Therefore, there are four planes in which tomographic body cross-sectional images can be made when using a ring array of detectors, as is the case in the PET scanning system application of the type shown in Figure 1. The Arrow 74 refers to a direction perpendicular to the axis (transaxial).

Die Fig. 5A zeigt die Anordnung der Photovervielfacher 70A bis 70D, bei der jeder Photovervielfacher für die von acht Kristallen gesammelte Information verantwortlich ist. Das heißt, daß der Photovervielfacher 70A funktionell den Kristallen 1' bis 4' und 9' bis 12' zugeordnet ist. Der Photovervielfacher 70B ist funktionell den Kristallen 5' bis 8' und 13' bis 16' zugeordnet. Der Photovervielfacher 70C ist funktionell den Kristallen 21' bis 24' und 29' bis 32' zugeordnet. Der Photovervielfacher 70D ist funktionell den Kristallen 17' bis 20' und 25' bis 28' zugeordnet.Figure 5A shows the arrangement of photomultipliers 70A through 70D, where each photomultiplier is responsible for the information collected by eight crystals. That is, photomultiplier 70A is functionally associated with crystals 1' through 4' and 9' through 12'. Photomultiplier 70B is functionally associated with crystals 5' through 8' and 13' through 16'. Photomultiplier 70C is functionally associated with crystals 21' through 24' and 29' through 32'. Photomultiplier 70D is functionally associated with crystals 17' through 20' and 25' through 28'.

Man erkennt, daß der in den Fig. 4 und 5A bis 5C dargestellte Detektor lediglich als Beispiel für einen Detektor dient. Die Kristallfeldanordnung kann jedoch verschiedene Konfigurationen einnehmen. Beispielsweise könnte ein 5·7-Feld oder andere Feldanordnungen veränderter Größe verwendet werden. Es ist jedoch wichtig, daß die Zahl der Kristalle die Zahl der Photovervielfacher übersteigt, da dies ein die Kosten verringerndes Merkmal ist. Es sei nun herausgestellt, daß diese Verringerung in der Anzahl der Photovervielfacher nicht nachteilhaft die Qualität der gesammelten Daten beeinflußt.It will be appreciated that the detector shown in Figures 4 and 5A to 5C is merely an example of a detector. However, the crystal array arrangement can take on various configurations. For example, a 5x7 array or other array arrangements of varying sizes could be used. However, it is important that the number of crystals exceed the number of photomultipliers, as this is a cost-reducing feature. It should now be noted that this reduction in the number of photomultipliers does not adversely affect the quality of the data collected.

Wie oben allgemein beschrieben wurde, ist der Lichttunnel oder die Lichtführung 68 funktionell der Rückseite der Kristalle 64 zugeordnet. Insbesondere ist der Lichttunnel 68 aus einem festen, transparenten Material hergestellt, oder in einer Ausführungsform aus einer Matrix aus Abschnitten eines festen transparenten Materials, das Licht transmittiert von der Oberfläche 78 des Lichttunnels 68, die optisch mit der gegenüberliegenden, durch die Enden 80 der Kristalle 22 bestimmten Oberfläche verbunden ist. Folglich tritt das Licht oder die Photonen in den Kristall 64 durch die Endoberflächen 82 ein, die am nächsten zur Quelle der Photonen gelegen sind. Diese Photonen erzeugen Photoelektronen innerhalb der Kristalle, die aus der Fläche 78 des Kristallfeldes austreten und in den Lichttunnel 68 eintreten. Die Photonen breiten sich von der Fläche 78 des Lichttunnels 68 durch das transparente Material hindurch zu der gegenüberliegenden oder entfernten Fläche 84 des Lichttunnels aus, wo sie nachgewiesen oder durch die funktionell zugeordneten Photovervielfacher beobachtet werden.As generally described above, the light tunnel or light guide 68 is functionally associated with the back surface of the crystals 64. In particular, the light tunnel 68 is made of a solid transparent material, or in one embodiment, a matrix of sections of a solid transparent material that transmits light from the surface 78 of the light tunnel 68 that is optically connected to the opposite surface defined by the ends 80 of the crystals 22. Thus, the light or photons enter the crystal 64 through the end surfaces 82 that are closest to the source of the photons. These Photons generate photoelectrons within the crystals which exit from the surface 78 of the crystal array and enter the light tunnel 68. The photons propagate from the surface 78 of the light tunnel 68 through the transparent material to the opposite or remote surface 84 of the light tunnel where they are detected or observed by the functionally associated photomultipliers.

Die Lichtführung 68, die in den Fig. 5B und 5C dargestellt ist, umfaßt eine abstimmende Vorrichtung, die allgemein mit 88 bezeichnet ist, die zur Steuerung der Verteilung, insbesondere der statistischen Verteilung, der durch den Lichttunnel hindurchtretenden Photonen dient, und dadurch die räumliche Auflösung des Systems erhöht, wie in größerem Detail weiter unten hervorgehoben werden wird. Insbesondere ist der Lichttunnel 68 mit acht Schlitzen in einer Richtung (der transaxialen Richtung) geschlitzt, wie in der Fig. 5B dargestellt ist, und mit vier Schlitzen in der anderen Richtung (der axialen Richtung), wie in der Fig. 5C dargestellt ist, wodurch jeder der 32 Kristalle in dem dargestellten Detektor funktionell einem Schlitz in der Lichtführung zugeordnet ist. Die Schlitze 90 und 90' werden durch für Licht/Strahlung (in diesem Fall Photonen) undurchlässige Blättchen oder Barrieren 92 und 92' bestimmt, die an ausgewählten Stellen in der Lichtführung eingefügt sind. Die Tiefe der Schlitze ist so ausgebildet, daß die Verteilung der durch die benachbarten Photovervielfacher nachgewiesenen Photonen so getrennt wird, daß es einen gleichen Überlapp gibt, wie in der Fig. 6 dargestellt ist. Es sei hervorgehoben, daß jeder Schlitz mit einem funktionell zugeordneten und optisch verbundenen Kristall ausgerichtet ist.The light guide 68, shown in Figures 5B and 5C, includes a tuning device, generally designated 88, which serves to control the distribution, particularly the statistical distribution, of the photons passing through the light tunnel, thereby increasing the spatial resolution of the system, as will be highlighted in more detail below. In particular, the light tunnel 68 is slotted with eight slits in one direction (the transaxial direction), as shown in Figure 5B, and with four slits in the other direction (the axial direction), as shown in Figure 5C, whereby each of the 32 crystals in the detector shown is operatively associated with a slit in the light guide. The slits 90 and 90' are defined by light/radiation (in this case photons) opaque sheets or barriers 92 and 92' inserted at selected locations in the light guide. The depth of the slits is designed to separate the distribution of photons detected by the adjacent photomultipliers so that there is an equal overlap, as shown in Figure 6. It should be noted that each slit is aligned with a functionally associated and optically connected crystal.

Als Beispiel betrachte man einen typischen Fall, wo siebzig (70) Photoelektronen (die Energieauflösung entspricht 28 Prozent für die volle Halbwertsbreite) in einem beliebigen der Kristalle 64 erzeugt werden, wenn ein Photoelektronereignis als Folge eines einfallenden 511 Kev-Gammastrahls auftritt. Wenn ein solches Ereignis im Kristall mit der Nummer 2' auftritt, ist der Schlitz so entworfen, daß fünfundsechzig (65) Photoelektronen in dem Photovervielfacher 70A im Mittel erzeugt werden, und fünf (5) Photoelektronen in dem Photovervielfacher 70B im Mittel erzeugt werden (vgl. Fig. 6). Wenn dementsprechend das Ereignis in dem Kristall mit der Nummer 3' auftritt, würde die Verteilung fünf zehn (15) Photoelektronen im Photovervielfacher 70B und fünfundfünzig (55) Photoelektronen im Photovervielfacher 70A betragen. Wann das Ereignis in dem Kristall mit der Nummer 4' auftreten würde, gäbe es dreißig (30) Photoelektronen im Photovervielfacher 70B und vierzig (40) Photoelektronen im Photovervielfacher 70A. Diese Verteilung ist in der Fig. 6 als optimal dargestellt, da sie gleichen Überlapp der Photoelektronenverteilung erzeugt. Ähnlich ist die abstimmende Vorrichtung 88' zum Steuern der Verteilung der Photoelektronen in der axialen Richtung, die die zweite Dimension darstellt, geschaffen, wie in der Fig. 5C gezeigt ist. Die transaxiale abstimmende Vorrichtung 88' umfaßt vier Schlitze, wie in dieser Fig. 5C gezeigt ist. Die apostrophierten Zahlen in der Fig. 5C zeigen die Komponenten des Detektors entsprechend den gleichen Zahlen in der Fig. 5B, die jedoch in der transaxialen Richtung betrachtet werden.As an example, consider a typical case where seventy (70) photoelectrons (the energy resolution corresponds to 28 percent for the full half-width) are generated in any of the crystals 64 when a photoelectron event is as a result of an incident 511 Kev gamma ray. When such an event occurs in crystal number 2', the slit is designed so that sixty-five (65) photoelectrons are produced on average in photomultiplier 70A and five (5) photoelectrons are produced on average in photomultiplier 70B (see Fig. 6). Accordingly, when the event occurs in crystal number 3', the distribution would be fifteen (15) photoelectrons in photomultiplier 70B and fifty-five (55) photoelectrons in photomultiplier 70A. When the event occurs in crystal number 4', there would be thirty (30) photoelectrons in photomultiplier 70B and forty (40) photoelectrons in photomultiplier 70A. This distribution is shown in Fig. 6 as optimal because it produces equal overlap of the photoelectron distribution. Similarly, the tuning device 88' is designed to control the distribution of the photoelectrons in the axial direction, which is the second dimension, as shown in Fig. 5C. The transaxial tuning device 88' comprises four slits, as shown in this Fig. 5C. The primed numbers in Fig. 5C show the components of the detector corresponding to the same numbers in Fig. 5B, but viewed in the transaxial direction.

Die Eckkristalle 1', 8', 25' und 32' weisen auf unzweideutige Weise identifizierende Photoelektronenzählraten auf und sind jeweils nur einem Photovervielfacher funktionell zugeordnet. Beispielsweise wird ein Szintillationsereignis im Kristall 1' nur ein Signal im Photovervielfacher 70A erzeugen. Ebenso wird ein Szintillationsereignis im Kristall 8' nur ein Signal im Photovervielfacher 70B erzeugen. Ein Ereignis im Kristall 25' wird ein Signal im Photovervielfacher 70D erzeugen, und ein Ereignis im Kristall 32' wird ein Signal lediglich im Photovervielfacher 70C erzeugen. Die Kristalle 2' und 7' werden Signale lediglich in den Photovervielfachern 70A und 70B erzeugen. Die Kristalle 26' bis 31' werden nur Signale in Photovervielfachern 70D und 70C erzeugen.Corner crystals 1', 8', 25' and 32' have unambiguously identifying photoelectron count rates and are each functionally associated with only one photomultiplier. For example, a scintillation event in crystal 1' will only produce a signal in photomultiplier 70A. Similarly, a scintillation event in crystal 8' will only produce a signal in photomultiplier 70B. An event in crystal 25' will produce a signal in photomultiplier 70D, and an event in crystal 32' will produce a signal only in photomultiplier 70C. Crystals 2' and 7' will produce signals only in photomultipliers 70A and 70B. Crystals 26' to 31' will only produce signals in photomultipliers 70D and 70C.

Wie man erkennt, gibt es sechs (6) Szintillatoren oder Kristalle, die die hauptsächliche Lageinformation erzeugen, die weiterverarbeitet werden muß, um den Ursprung des Photonen/Gammastrahlenereignis in jeder durch die Spaltenanordnung der Kristalle mit den Kristallen 9' und 17' in der Fig. 75A dargestellten Ebene zu bestimmen. Insbesondere muß in jeder Ebene, die durch die Kristalle 1', 3', 17' und 25' enthaltenden Kristallspalten dargestellt wird, der Kristall, in dem die Szintillation aufgetreten ist, aus der statistischen Verteilung der Photonen bestimmt werden.As can be seen, there are six (6) scintillators or crystals that produce the main positional information that must be further processed to determine the origin of the photon/gamma ray event in each plane represented by the column arrangement of crystals containing crystals 9' and 17' in Figure 75A. In particular, in each plane represented by the crystal columns containing crystals 1', 3', 17' and 25', the crystal in which the scintillation occurred must be determined from the statistical distribution of the photons.

Wie im Zusammenhang mit der Fig. 5B gezeigt ist, und wie oben erwähnt ist, sind der obere und untere Kristall (1' und 8') in der den Kristall 1' umfassenden Spalte darin einzigartig, daß sie nur der Beobachtung durch einen Photovervielfacher zugänglich sind. Der Kristall 1' wird nur von dem Photovervielfacher 70A beobachtet und der Kristall 8' wird nur von dem Photovervielfacher 70B beobachtet. Auf ähnliche Weise wird der Rest des oberen Kristalls (3', 17' und 25') und des unteren Kristalls (16', 24' und 32') in der transaxialen Richtung gemaß der Fig. 5A lediglich von einem Photovervielfacher beobachtet, wie es in der Fig. 5A dargestellt ist. Demnach ist die Fig. 5B für jede Spaltenanordnung der Kristalle in jeder der vier (4) Schnittebenen repräsentativ, die durch den Detektor beobachtet werden, um die für das Erzeugen eines tomographischen Bildes notwendige Lageinformation zu bestimmen.As shown in connection with Fig. 5B, and as mentioned above, the upper and lower crystals (1' and 8') in the column comprising crystal 1' are unique in that they are only accessible to observation by a photomultiplier. Crystal 1' is only observed by photomultiplier 70A and crystal 8' is only observed by photomultiplier 70B. Similarly, the remainder of the upper crystal (3', 17' and 25') and lower crystal (16', 24' and 32') in the transaxial direction of Fig. 5A are only observed by a photomultiplier as shown in Fig. 5A. Accordingly, Figure 5B is representative of each column arrangement of crystals in each of the four (4) cutting planes observed by the detector to determine the positional information necessary to produce a tomographic image.

Die Zeilenanordnung der Kristalle, die sich wie durch Pfeil 72 dargestellt in der axialen Richtung erstreckt, umfaßt die Kristalle 1' bis 8' und 25' bis 32', die auf eindeutige Weise durch einen einzigen Photovervielfacher beobachtet werden. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 5C gezeigt, die die Beobachtung der transaxialen Richtung der Kristallzeile mit den Kristallen 8', 16', 24' und 32' zeigt. Es sei bemerkt, daß die Kristalle 8' und 32' auf eindeutige Weise nur durch jeweils die Photovervielfacher 70B und 70C beobachtet werden. Auf ähnliche Weise wird jedes Ende einer Zeile aus Kristallen, wie sie in der transaxialen Richtung gesehen wird, nämlich die Zeilen l' bis 8' und 25' bis 32', durch einen einzigen Photovervielfacher aufgrund der dargestellten Barriere 92' beobachtet werden.The row arrangement of crystals extending in the axial direction as shown by arrow 72 includes crystals 1' to 8' and 25' to 32', which are uniquely observed by a single photomultiplier. An example of this is shown in Fig. 5C, which shows the observation of the transaxial direction of the crystal row comprising crystals 8', 16', 24' and 32'. Note that crystals 8' and 32' are uniquely observed only by photomultipliers 70B and 70C, respectively. Similarly, each end of a row of crystals as viewed in the transaxial direction, namely rows 1' to 8' and 25' to 32', will be observed by a single photomultiplier due to the illustrated barrier 92'.

Der besseren Klarheit wegen wurde bisher die Diskussion der Lageinformation nur in einer Dimension durchgeführt, bei der es sich um die transaxiale Richtung nach der Fig. 5B und die axiale Richtung nach der Fig. 5C jeweils handelt. Eine beispielhafte zweidimensionale Lageinformation wird im folgenden im Zusammenhang mit der Tabelle A gegeben.For the sake of clarity, the discussion of the position information has so far only been carried out in one dimension, which is the transaxial direction according to Fig. 5B and the axial direction according to Fig. 5C. An example of two-dimensional position information is given below in connection with Table A.

Wieder in bezug auf die Fig. 6 ist eine typische Darstellung der statistischen Verteilung der von aneinander angrenzenden Photovervielfachern festgestellten Photonen dargestellt. Zum Beispiel ist die minimale Anzahl von Photoelektronen, die von dem Photovervielfacher 8 (vgl. Fig. 5B) festgestellt wird, ein Ergebnis eine Szintillationsereignisses in dem Kristall 7'. Bei einem typischen Beispiel, bei dem siebzig (70) Elektronen durch ein Szintillationsereignis erzeugt werden, sind die Photoelektronen zwischen den Photovervielfachern 70A und 70B in der transaxialen Richtung verteilt. Die angrenzenden Photovervielfacher werden die geringste Anzahl von Photoelektronen empfangen. In dem Beispiel eines Ereignisses in dem Kristall 7' ist der Lichttunnel 68 mit seiner abstimmenden Vorrichtung für die die Schlitze bestimmende Barriere 92 so entworfen, daß fünf (5) Photoelektronen durch den Photovervielfacher 70A festgestellt werden und der Rest der Photoelektronen von dem Photovervielfacher 70B festgestellt werden wird. Wenn demnach ein Ereignis im Kristall 7' auftritt, werden fünf (5) Photoelektronen von dem Photovervielfacher 70A festgestellt und fünfundsechzig (65) Photoelektronen werden von dem Photovervielfacher 70B festgestellt werden. Wenn auf ähnliche Weise ein Ereignis im Kristall 6' auftritt, ist die Schlitzhöhe oder Barrierenhöhe des abgestimmten Lichttunnels 68 so ausgewählt, daß im Mittel fünfzehn (15) Photoelektronen entstehen werden oder durch den Photovervielfacher 70A festgestellt werden und fünfundfünfzig (55) Photoelektronen durch den Photovervielfacher 70B festgestellt werden. Wenn auf ähnliche Weise ein Ereignis im Kristall 5' auftritt, werden dreißig (30) Photoelektronen von dem Photovervielfacher 70A festgestellt und vierzig (40) Photoelektronen werden von dem Photovervielfacher 70B festgestellt werden. Wie in der Fig. 6 gezeigt ist, sind die Verteilungen so ausgewählt, d. h. der Lichttunnel so abgestimmt, daß es einen gleichen Überlapp der Verteilungen gibt.Referring again to Fig. 6, a typical representation of the statistical distribution of photons detected by adjacent photomultipliers is shown. For example, the minimum number of photoelectrons detected by photomultiplier 8 (see Fig. 5B) is a result of a scintillation event in crystal 7'. In a typical example, where seventy (70) electrons are generated by a scintillation event, the photoelectrons are distributed between photomultipliers 70A and 70B in the transaxial direction. The adjacent photomultipliers will receive the least number of photoelectrons. In the example of an event in the crystal 7', the light tunnel 68 with its tuning device for the slot defining barrier 92 is designed so that five (5) photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70A and the rest of the photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70B. Thus, when an event occurs in the crystal 7', five (5) photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70A and sixty-five (65) Photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70B. Similarly, when an event occurs in the crystal 6', the slit height or barrier height of the tuned light tunnel 68 is selected such that, on average, fifteen (15) photoelectrons will be generated or detected by the photomultiplier 70A and fifty-five (55) photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70B. Similarly, when an event occurs in the crystal 5', thirty (30) photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70A and forty (40) photoelectrons will be detected by the photomultiplier 70B. As shown in Figure 6, the distributions are selected, ie, the light tunnel is tuned, such that there is an equal overlap of the distributions.

Diese Beispiele beziehen sich auf eine konstante Anzahl von durch ein Szintillationsereignis erzeugten Photoelektronen. Das heißt, daß es eine gleiche Anzahl von Photoelektronen oder eine gleiche Menge von durch ein 511 keV-Ereignis ohne Compton-Effekt erzeugter Energie gibt. Das obige Beispiel betraf einen Fall, bei dem es eine gleiche Anzahl von Photoelektronen gibt. Die Anzahl von Photoelektronen, die ein Ereignis zur Folge hat, wird sich jedoch ändern. Die Verhältnisse, wie 5 : 65 und 15 : 55 und 30 : 40, werden sich jedoch nicht ändern. Diese Verhältnisse sind durch die Geometrie der Schlitze, die durch die Barrieren 92 in dem abgestimmten Lichttunnel 68 bestimmt sind, festgelegt. Somit wird beim Sammeln der Lageinformation der Verteilungsbereich überprüft, um ein Muster zu isolieren, bei dem beispielsweise fünfundsechzig (65) Photoelektronen von einem Photovervielfacher und fünf (5) Photoelektronen von einem anderen Photovervielfacher festgestellt werden, oder irgendeine Kombination, die ermöglicht, daß die oben erwähnten Verhältnisse aufrechterhalten werden. Da es eine begrenzte Anzahl von Verhältnissen gibt, und da der allgemeine Bereich für die Betrachtung sich von 511 keV bis 250 keV bewegt, in welchem Fall die Pulshöhe typischerweise von ungefähr siebzig (70) bis ungefähr fünfunddreißig (35) für die gesamte Anzahl von Photoelektronen sich ändert, bilden alle möglichen Kombinationen des Auftretens von Photoelektronen an bestimmten Stellen einen begrenzten und relativ kleinen Satz von Zahlen. Somit können sämtliche möglichen Kombinationen von Zählwerten, die ein bestimmter Szintillator erzeugen kann, in einem Computer abgespeichert werden. Wenn beispielsweise ein Ereignis in dem Szintillator 6' auftritt, gibt es für die Verhältnisse der Zählwerte in den vier Kanälen, die jedem der Szintillatoren zugeordnet sind, und die in größerer Einzelheit im folgenden in Verbindung mit der Fig. 7 beschrieben werden, einen bestimmten begrenzten Satz von Kombinationen der Zählwerte, die auf unzweideutige Weise die Lage des Szintillationsereignisses als zu dem Szintillator 6' gehörig bestimmen. Auf ähnliche Weise gibt es eine bestimmte Anzahl von Photoelektronenzählwerten, die auf unzweideutige Weise die Lage eines Szintillationsereignisses in jedem der zweiunddreißig (32) Kristalle in der 4·8-Kristallfeldanordnung bezeichnen.These examples refer to a constant number of photoelectrons produced by a scintillation event. That is, there is an equal number of photoelectrons or an equal amount of energy produced by a 511 keV event without Compton effect. The above example was for a case where there are an equal number of photoelectrons. However, the number of photoelectrons resulting from an event will change. However, the ratios such as 5:65 and 15:55 and 30:40 will not change. These ratios are fixed by the geometry of the slots defined by the barriers 92 in the tuned light tunnel 68. Thus, in collecting the positional information, the distribution range is examined to isolate a pattern in which, for example, sixty-five (65) photoelectrons are detected from one photomultiplier and five (5) photoelectrons from another photomultiplier, or any combination that allows the above-mentioned ratios to be maintained. Since there are a limited number of ratios, and since the general range for consideration is from 511 keV to 250 keV, in which case the pulse height typically varies from about seventy (70) to about thirty-five (35) for the total number of photoelectrons, all possible combinations of the occurrence of photoelectrons at particular locations form a finite and relatively small set of numbers. Thus, all possible combinations of counts that a particular scintillator can produce can be stored in a computer. For example, when an event occurs in scintillator 6', there is, for the ratios of the counts in the four channels associated with each of the scintillators, described in more detail below in connection with Fig. 7, a certain finite set of combinations of counts which unambiguously determine the location of the scintillation event as belonging to scintillator 6'. Similarly, there is a certain number of photoelectron counts that unambiguously identify the location of a scintillation event in each of the thirty-two (32) crystals in the 4·8 crystal array.

Die Fig. 4B stellt eine vergrößerte Ansicht des in der Fig. 4A gezeigten Detektors 20 dar. Bei diesem Detektor 20 ist die Lichtführung oder der Lichttunnel 68, wie oben allgemein beschrieben ist, geschlitzt oder abgestimmt, um die statistische Verteilung der in den Lichttunnel 68 aus den optisch zugeordneten Kristallen 64 durch die einander gegenüberliegenden und optisch verbundenen Oberflächen zwischen der Lichtführung und der Kristallfeldanordnung eintretenden Photonen zu steuern. Insbesondere kann der Lichttunnel 68 aus einem BGO-Kristall hergestellt werden, der in Form eines rechtwinkelig-zylindrischen Kristallrohlings gewachsen worden ist. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist dieser Rohling 25-30 cm hoch. Jede Oberfläche der Kristalle und des Lichttunnels werden auf chemische Weise geätzt. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die Kristalle und der Lichttunnel für ungefähr 45 Sekunden in Salzsäure gelegt werden. Dieser Ätzvorgang poliert jede der optischen Oberflächen des Lichttunnels und der Kristalle, so daß Photonen reflektiert oder transmittiert werden, wenn sie auf die Kristalle und/oder die Oberflächen des Lichttunnels auftreffen, wobei solche Photonen jedoch nicht absorbiert werden. Dieser chemische Ätzschritt ist ein wichtiger Vorgang zum Erzeugen einer Oberfläche mit optischer Qualität.Figure 4B is an enlarged view of the detector 20 shown in Figure 4A. In this detector 20, the light guide or light tunnel 68 is slotted or tuned as generally described above to control the statistical distribution of photons entering the light tunnel 68 from the optically associated crystals 64 through the opposing and optically connected surfaces between the light guide and the crystal array assembly. In particular, the light tunnel 68 may be made from a BGO crystal grown in the form of a rectangular cylindrical crystal blank. In one particular embodiment, this blank is 25-30 cm high. Each surface of the crystals and the light tunnel are chemically etched. This may be accomplished by immersing the crystals and the light tunnel in Hydrochloric acid. This etching process polishes each of the optical surfaces of the light tunnel and the crystals so that photons are reflected or transmitted when they strike the crystals and/or the light tunnel surfaces, but such photons are not absorbed. This chemical etching step is an important process in creating an optical quality surface.

Der rechtwinkelig kreisförmige und zylindrische Rohling aus einem Material wie BGO wird in der vorzugsweisen Ausführungsform durch eine Säge mit mehreren Sägeblättern zersägt, wobei die Sägeblätter parallel sind und durch die Fläche 78 des Lichttunnels 68 sägen. Die Tiefe der Schnitte oder Schlitze wird durch die Lageanordnung der Sägeblätter bestimmt. Beispielsweise werden in der in der Fig. 4B dargestellten Ausführungsform neun Sägeblätter verwendet, um die Kristalle in der Richtung des Pfeils 72 (vgl. die Fig. 5A) zu schneiden, und fünf Sägeblätter werden verwendet, um den Kristall so zu schneiden, daß der Lichttunnel in der Richtung des Pfeils 74 (vgl. die Fig. 5A) gebildet wird. Diese Sägeblätter sind parallel zueinander angeordnet und haben einen vorausgewählte Tiefe für einen Schnitt, der ein Quadrat bildet, oder eine andere gewünschte Konfiguration für den Lichttunnel 68, und der weiter dazu dient, die Tiefe der Schlitze 90 zu bestimmen. Nachdem der Lichttunnel 68 eingeschnitten worden ist, wodurch seine querschnittsmäßige Auslegung und die Tiefe der Schlitze bestimmt worden ist, werden sämtliche Oberflächen der Kristalle chemisch geätzt, um optisch glatte Oberflächen zu bilden. Die chemische Ätzung wird normalerweise mit einer Salzsäurelösung (HCl) ausgeführt. Die BGO-Kristalle werden normalerweise in die Säurelösung für ungefähr 45 Sekunden eingetaucht, um die chemische Ätzung zu erreichen. Andere Säuren und Eintauchdauern können verwendet werden, wie der Fachmann auf Anhieb zu erkennen vermag. Dieses chemische Ätzen ersetzt einen Schritt des mechanischen Polierens der Kristalle, der bislang ausgeführt worden ist. Wie man erkennt, ist das mechanische Polieren zeitaufwendig und extrem schwierig, wenn es überhaupt in den Bereichen der Schritte oder Schlitze möglich ist.The rectangular circular and cylindrical blank of a material such as BGO is, in the preferred embodiment, cut by a multi-blade saw, with the blades parallel and cutting through the face 78 of the light tunnel 68. The depth of the cuts or slits is determined by the positional arrangement of the saw blades. For example, in the embodiment shown in Fig. 4B, nine saw blades are used to cut the crystals in the direction of arrow 72 (see Fig. 5A) and five saw blades are used to cut the crystal to form the light tunnel in the direction of arrow 74 (see Fig. 5A). These saw blades are arranged parallel to one another and have a preselected depth for a cut that forms a square or other desired configuration for the light tunnel 68, and which further serves to determine the depth of the slits 90. After the light tunnel 68 has been cut, thereby determining its cross-sectional design and the depth of the slits, all surfaces of the crystals are chemically etched to form optically smooth surfaces. The chemical etching is typically performed with a hydrochloric acid (HCl) solution. The BGO crystals are typically immersed in the acid solution for approximately 45 seconds to achieve the chemical etching. Other acids and immersion times may be used, as will be readily apparent to those skilled in the art. This chemical etching replaces a step of mechanically polishing the crystals that has heretofore been performed. As can be seen, mechanical polishing is time consuming and extremely difficult, if at all possible in the areas of the steps or slots.

Nachfolgend auf das Ätzen werden geeignete Barrieren in diese Schnitte eingesetzt. In einer Ausführungsform umfassen diese Barrieren Bariumsulfatreflexionsfarbschichten, die als ein reflektierendes Medium dienen, um solche Barrieren zu bilden. Es ist natürlich für den Fachmann leicht zu erkennen, daß andere reflektierende Medien als solche Barrieren verwendet werden können. Während in der dargestellten Ausführungsform ein 4·8-Feld für die Schlitze in dem Lichttunnel 68 verwendet worden ist, ist es einsichtig, daß die Form und Größe dieses Feldes sich ändern kann, wobei eine kontrollierte Verteilung von aus der gegenüberliegenden Oberfläche eines solchen Lichttunnels 68 austretenden Photonen aufrechterhalten wird.Following etching, suitable barriers are inserted into these cuts. In one embodiment, these barriers comprise barium sulfate reflective paint layers that serve as a reflective medium to form such barriers. It will, of course, be readily apparent to those skilled in the art that other reflective media may be used as such barriers. While in the illustrated embodiment, a 4x8 array has been used for the slits in the light tunnel 68, it will be appreciated that the shape and size of this array may vary while maintaining a controlled distribution of photons emerging from the opposite surface of such light tunnel 68.

In bezug auf die Fig. 4D sind nun in einer bevorzugten Ausführungsform die Teile 22 aus Szintillatormaterial und die Lichtführung 68 integral miteinander ausgebildet. Diese integrale Bauweise vermeidet eine mögliche Photonenbeugung, die sonst an der Oberfläche 78 auftreten kann, wo die Teile aus Szintillatormaterial an der Lichtführung 68 angebracht sind. Wie man erkennt, kann zum Erzielen dieser integralen Bauweise ein einziger Kristall 64' verwendet werden, bei dem die Barrieren 93 durch Einschneiden von Schlitzen und Auffüllen solcher Schlitze mit einem geeigneten reflektierenden Medium, wie einer Bariumsulfatreflexionsschichtfarbe, wie sie oben in bezug auf die Lichtführung 68 erörtert worden ist, geschaffen werden. Dementsprechend dienen die Barrieren 93 nicht nur zum optischen Isolieren der einzelnen Teile 22 aus Szintillatormaterial, sondern sie wirken auch als die abstimmende Vorrichtung 88 der Lichtführung 68. Wie der Fachmann erkennt, vereinfacht diese integrale Bauweise die Herstellung der Detektoren 20 zusätzlich zur Eliminierung von einer möglichen Photonenbeugung, wodurch die Herstellungskosten verringert werden.Referring now to Figure 4D, in a preferred embodiment, the pieces 22 of scintillator material and the light guide 68 are integrally formed with each other. This integral construction avoids possible photon diffraction which might otherwise occur at the surface 78 where the pieces of scintillator material are attached to the light guide 68. As will be appreciated, to achieve this integral construction, a single crystal 64' may be used in which the barriers 93 are created by cutting slots and filling such slots with a suitable reflective medium such as a barium sulfate reflective coating paint as discussed above with respect to the light guide 68. Accordingly, the barriers 93 not only serve to optically isolate the individual pieces 22 of scintillator material, but also act as the tuning device 88 of the light guide 68. As one skilled in the art will appreciate, this integral construction simplifies the manufacture of the detectors 20 in addition to eliminating a possible Photon diffraction, which reduces manufacturing costs.

Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein zweidimensionales Photonenzähl- und Lagecodiersystem und Verfahren zu schaffen, das eine verbesserte räumliche Auflösungscharakteristik gegenüber dem bekannten Stand der Technik hat. Ein auf herkömmliche Weise entworfener Detektor ist mit 130 in der Fig. 4C bezeichnet. Bei diesem Detektor ist ein einziger Kristall 132 und 132' funktionell jeweils einem einzigen Photovervielfacher 134 und 134' zugeordnet. Diese Kristalle 132 und 132' sind in der Nähe des äußeren Umfangs 136 und 136' der jeweiligen Photovervielfacher angebracht. Bei dieser Verbindung kontrolliert die Dicke der Fläche 138 der kombinierten Kristalle 132 und 132' in der Richtung des Pfeils 140 die geometrische Beabstandung von zusätzlichen Detektorkombinationen, wie es in der Fig. 4C dargestellt ist. Die Dicke dieser Fläche 138 in der Richtung des Pfeiles 40 ist somit durch den Durchmesser der Photovervielfacher 134 und 134' nach dem Stand der Technik bestimmt. Wie dem Fachmann wohl bekannt ist, wird somit durch die Größe der Photovervielfacher die räumliche Auflösung von Systemen nach dem Stand der Technik insofern bestimmt, da die Beabstandung der Kristalle eine Funktion der Größe der Photovervielfacher ist. Im Gegensatz dazu, wie in der Fig. 4B dargestellt ist, kann eine Vielzahl von funktionell einem jedem Photovervielfacher zugeordneten Kristallen und ein geschlitzter oder abgestimmter Lichttunnel 68 verwendet werden, um die Verteilung von Photonen zu steuern, die aus den Kristallen austreten, während die Möglichkeit der Bestimmung der Lageauflösung der Kristalle aufrechterhalten wird.An important feature of the present invention is to provide a two-dimensional photon counting and position encoding system and method having improved spatial resolution characteristics over the prior art. A conventionally designed detector is designated 130 in Fig. 4C. In this detector, a single crystal 132 and 132' is functionally associated with a single photomultiplier tube 134 and 134', respectively. These crystals 132 and 132' are mounted near the outer periphery 136 and 136' of the respective photomultipliers. In this connection, the thickness of the face 138 of the combined crystals 132 and 132' in the direction of arrow 140 controls the geometric spacing of additional detector combinations, as shown in Fig. 4C. The thickness of this surface 138 in the direction of arrow 40 is thus determined by the diameter of the prior art photomultipliers 134 and 134'. Thus, as is well known to those skilled in the art, the size of the photomultipliers determines the spatial resolution of prior art systems in that the spacing of the crystals is a function of the size of the photomultipliers. In contrast, as shown in Figure 4B, a plurality of crystals functionally associated with each photomultiplier and a slotted or tuned light tunnel 68 can be used to control the distribution of photons emerging from the crystals while maintaining the ability to determine the positional resolution of the crystals.

Bei der Konstruktion des Detektors 20, der in den Fig. 4A und 4B gezeigt ist, wird die Fläche 78 des Lichttunnels 68 optisch mit der gegenüberliegenden, durch die Feldanordnung der Kristalle 64 bestimmte Oberfläche mittels eines herkömmlichen optischen Epoxyharzes verbunden. Auf ähnliche Weise wird die entgegengesetzte Fläche 84 des Tunnels 68 optisch mit der gegenüberliegenden Fläche, die durch die Photovervielfacher bestimmt ist, mittels einem geeigneten und herkömmlichen optischen Epoxyharz verbunden. Es sei bemerkt, daß jeder Schlitz in der Lichtführung 68 optisch mit einem Kristall verbunden ist, und daß diese Kristalle in der vorzugsweisen Ausführungsform optisch voneinander isoliert sind, indem jede Oberfläche mit Ausnahme der Oberfläche, die mit dem Lichttunnel verbunden ist, mit einer geeigneten reflektierenden Farbschicht oder ähnlichem überzogen ist.In the construction of the detector 20 shown in Figs. 4A and 4B, the surface 78 of the light tunnel 68 is optically connected to the opposite surface formed by the field arrangement of the crystals 64 using a conventional optical epoxy resin. Similarly, the opposite surface 84 of the tunnel 68 is optically bonded to the opposite surface defined by the photomultipliers using a suitable and conventional optical epoxy resin. It should be noted that each slot in the light guide 68 is optically bonded to a crystal, and that in the preferred embodiment these crystals are optically isolated from one another by coating each surface except the surface bonded to the light tunnel with a suitable reflective paint layer or the like.

Im allgemeinen mit 100 bezeichnete Vorrichtungen sind zum Zählen der Photoelektronen, die aus einer Wechselwirkung mit den gegebenen Szintillatoren oder Kristallen 1' bis 32' hervorgehen, vorgesehen. Insbesondere umfaßt die in der Fig. 7 dargestellte Vorrichtung 100 ein elektronisches Verarbeitungssystem, das die Photoelektronenereignisse zählt, und in diesem Zusammenhang sind die Eingangsanschlußleitungen 74' mit den Ausgängen der Photovervielfacher 70A und 70B verbunden, welche die transaxiale Lageinformation bereitstellen. Die Eingangsleitungsanschlüsse 72' sind mit den Ausgängen der Photovervielfacher 70C und 70D verbunden, die die axiale Lageinformation bereitstellen. Wie gezeigt ist, umfaßt die Zählvorrichtung 100 vier Kanäle, von denen jeder funktionell einem Photovervielfacher zugeordnet ist. Jeder Kanal umfaßt jeweils einen schnellen Verstärkungsdiskriminator 102A bis 102D, der zum Unterscheiden zwischen Rauschen aus den Photovervielfachern und einzelnen, von einem Szintillationsereignis in den Szintillatoren herrührenden Photoelektronen verwendet wird. Die einzelnen Photoelektronenereignisse in jedem der Kanäle werden jeweils durch einen einzigen schnellen Zähler 104A bis 104D, wie einen MECL 10.000-Zähler, zusammen mit einem langsameren Zähler 106A bis 106D, wie einen TTL 74F269, gezählt, die jeweils durch die MECL-TTL-Interface-Einheiten 108A bis 108D verbunden sind. Jeder Kanal wird bei einer maximalen Rate von 200 MHz in der bevorzugten Ausführungsform zählen. Die vier Hauptzähler werden bis zu 5 Informationsbits zählen.Devices generally designated 100 are provided for counting the photoelectrons resulting from interaction with the given scintillators or crystals 1' through 32'. In particular, the device 100 shown in Figure 7 comprises an electronic processing system which counts the photoelectron events, and in this connection, the input terminals 74' are connected to the outputs of the photomultipliers 70A and 70B which provide the transaxial position information. The input terminals 72' are connected to the outputs of the photomultipliers 70C and 70D which provide the axial position information. As shown, the counting device 100 comprises four channels, each of which is operatively associated with a photomultiplier. Each channel includes a fast gain discriminator 102A through 102D, which is used to distinguish between noise from the photomultipliers and individual photoelectrons resulting from a scintillation event in the scintillators. The individual photoelectron events in each of the channels are counted by a single fast counter 104A through 104D, such as a MECL 10,000 counter, together with a slower counter 106A through 106D, such as a TTL 74F269, which connected by MECL-TTL interface units 108A through 108D, respectively. Each channel will count at a maximum rate of 200 MHz in the preferred embodiment. The four main counters will count up to 5 bits of information.

Nachdem die Photoelektronen so gezählt werden, wie sie von dem Photovervielfacher festgestellt werden, wird die Verteilung der Photoelektronen weiterverarbeitet, um die Lage des Szintillationsereignisses zu bestimmen. Nun wird eine Mustererkennungsvorrichtung 110 vorgesehen. Insbesondere wird der Inhalt eines jeden Zählers einem der programmierbaren ausschließlichen Lesespeicher (PROGRAGMGSLE READ-ONLY MEMORIES - PROMS) zugeführt. PROM 1 hat zwei Ausgänge. Ein Ausgang stellt ein Sechs-Bit-Wort dar und wird die Summe der Photovervielfacher 70A und 70D sein. Der zweite Ausgang stellt ein Zwei-Bit-Wort dar, das den Kanal mit der maximalen Anzahl von Zählwerten bestimmt. Das PROM 2 summiert die Photovervielfacher 70B und 70C und bestimmt den Kanal mit der maximalen Anzahl von Zählwerten. Das PROM 3 empfängt die Wortsumme aus PROM 1 und PROM 2 und gibt zwei Wörter aus. Ein Drei-Bit-Wort bestimmt, welche der acht transaxialen Lagen das Licht erzeugt hat, d. h. welcher der acht transaxialen Kristalle. Das andere Ein-Bit-Wort bestimmt, welche Summe am größten ist. Die Ausgabe aus einem einfachen Logikhetzwerk, das mit 112 bezeichnet ist, wird bestimmen, welcher Kristall in der axialen Richtung das Licht erzeugt. Die PROMS sind so programmiert, daß sie jedes Zählwertmuster erkennen und verarbeiten können, das auftreten kann.After the photoelectrons are counted as detected by the photomultiplier, the distribution of the photoelectrons is further processed to determine the location of the scintillation event. A pattern recognition device 110 is now provided. In particular, the contents of each counter are applied to one of the programmable read-only memories (PROMS). PROM 1 has two outputs. One output represents a six-bit word and will be the sum of photomultipliers 70A and 70D. The second output represents a two-bit word which determines the channel with the maximum number of counts. PROM 2 sums photomultipliers 70B and 70C and determines the channel with the maximum number of counts. PROM 3 receives the word sum from PROM 1 and PROM 2 and outputs two words. One three-bit word determines which of the eight transaxial layers produced the light, i.e. which of the eight transaxial crystals. The other one-bit word determines which sum is largest. The output from a simple logic circuit labeled 112 will determine which crystal in the axial direction produced the light. The PROMS are programmed to recognize and process any count pattern that may occur.

Ein schneller Koinzidenz-Timing-Kanal wird darüber hinaus verwendet, der sein Signal aus der Summe der Ausgaben aus jedem Photovervielfacher ableitet. Ein üblicher Timing-Kanal wird verwendet und ist aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt. Zudem wird ein Schaltkreis vorgesehen, um den Energiebereich der einfallenden Gammastrahlen, die angenommen werden, zu begrenzen.A fast coincidence timing channel is also used, which derives its signal from the sum of the outputs from each photomultiplier. A conventional timing channel is used and is not shown for clarity. In addition, a circuit is provided to limit the energy range of the incident gamma rays that are accepted.

Durch Zählen der Photoelektronenereignisse und Bestimmen der Lage des Kristalls, in dem ein bestimmtes Muster oder Zahl von Ereignissen auftritt, wird die zum Erzeugen eines tomographischen Bildes notwendige Lageinformation auf eine herkömmliche Weise erzeugt und dem schemaartig dargestellten Computer 32 zugeführt, der ein tomographisches Bild erzeugen wird und dieses auf einem Bildschirm, wie dem Bildschirm 38 (vgl. Fig. 1), darstellen wird.By counting the photoelectron events and determining the position of the crystal in which a certain pattern or number of events occurs, the position information necessary to generate a tomographic image is generated in a conventional manner and fed to the schematically shown computer 32, which will generate a tomographic image and display it on a screen, such as screen 38 (see Fig. 1).

Die Tabelle A stellt die Zahl von Zählwerten in den Photovervielfachern (PMT) 70A-70D dar, die der Lage des Kristalls (Szintillators) entsprechen, in dem der Zähler auftritt. TABELLE A SZINTILLATORTable A presents the number of counts in photomultiplier tubes (PMT) 70A-70D, corresponding to the position of the crystal (scintillator) in which the counter occurs. TABLE A SCINTILLATOR

Es wird vom Fachmann erkannt, daß die von der Mustererkennungsschaltkreisvorrichtung 110 erkannten Zählmuster PROM-Speicher für die Zählkombination einschließen, um die Lageinformation zu bestimmen. Solche PROM-Speicher sind lediglich zum Zwecke der Darstellung eingeschlossen, und es kann eine Vielzahl von anderen Vorrichtungen dazu verwendet werden, um beispielsweise die Photoelektronenzählkombinationen zu erstellen, oder ein Ersetzen durch einen Computer könnte dem gleichen Zweck dienen, wenn dieser für Mustererkennungsanwendungen programmiert ist. Die durch die Schaltung 110 ausgeführte Mustererkennung schafft jedoch wesentliche Kosteneinsparungen bei der Ausführung der gezeigten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführung wird die Eigenart einer jeden Lage eines Kristalls in den PROM-Speichern gespeichert, und jedes Mal wird diese Eigenart dem Schaltkreis 110 zugeführt und die Eigenart wird mit den die durch Stoffwechselvorgänge der radioaktiven Isotope erzeugt werden. Somit stellt die Fig. 8 eine Ausführungsform dar, in der das Lagecodiersystem in einer Anordnung gelegen ist, die anders ist als in einem Ring, wie er üblicherweise in dem PET-Abrastersystem verwendet wird.It will be appreciated by those skilled in the art that the counting patterns recognized by the pattern recognition circuit 110 include PROM memories for the counting combination to determine the location information. Such PROM memories are included for illustrative purposes only and a variety of other devices may be used to create the photoelectron counting combinations, for example, or substitution by a computer could serve the same purpose if programmed for pattern recognition applications. However, the pattern recognition performed by the circuit 110 provides substantial cost savings in implementing the embodiment shown. In the present embodiment, the nature of each layer of a crystal is stored in the PROM memories and each time this nature is applied to the circuit 110 and the nature is compared with the values determined by Metabolisms of the radioactive isotopes. Thus, Fig. 8 illustrates an embodiment in which the position encoding system is located in an arrangement other than a ring as is commonly used in the PET scanning system.

Das allgemeine Verfahren der vorliegenden Erfindung, wie es oben in größeren Einzelheiten im Zusammenhang mit jedem der Bauteile des zweidimensionalen Photonenlagecodierers beschrieben wurde, ist in der Fig. 9 dargestellt. In dieser Figur kann man bei der Stelle 120 sehen, daß Gammastrahlen als Folge eines Stoffwechselvorgangs eines radioaktiven Isotops emittiert werden. Diese Gammastrahlen wechselwirken in den Szintillatoren oder Kristallen und erzeugen Photonen, wie an der Stelle 122 angezeigt ist. Die Verteilung der Photonen, die aus den Szintillatoren austreten, wird durch eine Abstimmvorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform kontrolliert, welche einen abgestimmten Lichttunnel umfaßt, wie er an der Stelle 124 gezeigt ist. Photoelektronen werden an der Kathode des Photovervielfachers erzeugt und an vorbestimmten Stellen entlang des Lichttunnels, die vorbestimmten Schlitzen entsprechen, gezählt. Die Zahl der an diesen ausgewählten Stellen gezählten Photoelektronen wird verglichen, um die Szintillatoren zu bestimmen, in denen die Photoelektronen erzeugt wurden, wodurch Information über die Lage des Photonenerzeugungsereignisses erhalten wird. Dieses Mustererkennungsverfahren ist allgemein bei 128 gezeigt.The general method of the present invention, as described above in greater detail in connection with each of the components of the two-dimensional photon position encoder, is shown in Figure 9. In this figure, it can be seen at 120 that gamma rays are emitted as a result of a metabolic process of a radioactive isotope. These gamma rays interact in the scintillators or crystals and produce photons as indicated at 122. The distribution of photons emerging from the scintillators is controlled by a tuning device in the preferred embodiment which comprises a tuned light tunnel as shown at 124. Photoelectrons are generated at the cathode of the photomultiplier and counted at predetermined locations along the light tunnel corresponding to predetermined slits. The number of photoelectrons counted at these selected locations is compared to determine the scintillators in which the photoelectrons were generated, thereby obtaining information about the location of the photon generation event. This pattern recognition process is shown generally at 128.

Aus der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung kann man erkennen, daß ein zweidimensionales Photonenlagecodiersystem beschrieben und dargestellt wurde, das bestimmte Verbesserungen über den bekannten Stand der Technik beinhaltet. Insbesondere ist der dargestellte Photonenlagecodierer weniger teuer in der Herstellung und dem Unterhalt. In diesem Zusammenhang sind eine Vielzahl von Kristallen funktionell und optisch jeweils einem Photovervielfacher oder anderen geeigneten Szintillationsdetektoren zugeordnet. Eine Vielzahl von Szintillatoren sind in einer vorbestimmten Matrixform angeordnet. Diese Szintillatoren sind funktionell einer Vielzahl, jedoch geringeren Anzahl von Photovervielfachern zugeordnet. Photoelektronen werden gezählt und die Lageinformation wird bestimmt, in der vorzugsweisen Ausführungsform durch ein Mustererkennungsverfahren.From the foregoing detailed description, it can be seen that a two-dimensional photon position encoding system has been described and illustrated which includes certain improvements over the known prior art. In particular, the illustrated photon position encoder is less expensive to manufacture and maintain. In this connection, a plurality of crystals are functionally and optically associated with a photomultiplier or other suitable scintillation detector. A plurality of scintillators are arranged in a predetermined matrix form. These scintillators are functionally associated with a plurality, but smaller number, of photomultipliers. Photoelectrons are counted and the position information is determined, in the preferred embodiment by a pattern recognition method.

Obwohl die vorliegende Erfindung in bezug auf ein bestimmtes Verfahren und ein bestimmtes Gerät zum Schaffen eines verbesserten zweidimensionalen Photonenlagecodierers beschrieben worden ist, sei jedoch nicht beabsichtigt, daß ein solcher besonderer Bezug als eine Beschränkung für den Schutzbereich der Erfindung zu betrachten ist. Der Schutzbereich wird durch die Ansprüche bestimmt.Although the present invention has been described with reference to a specific method and apparatus for providing an improved two-dimensional photon position encoder, it is not intended that such specific reference be considered as a limitation on the scope of the invention. The scope is determined by the claims.

Claims (14)

1. Ein System (10) zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen mit einem Szintillationsdetektor (20), der die räumliche Auflösung darauf einfallender erster Photonen von Gammastrahlen erhöht und eine Vielzahl von Teilen (22) aus Szintillatormaterial umfaßt, die mit den einfallenden Strahlen der ersten Photonen wechselwirken, um eine quantifizierbare Zahl von zweiten Photonen zu erzeugen, und mit einer Vorrichtung (25) zum Nachweisen der zweiten Photonen, gekennzeichnet durch1. A system (10) for two-dimensional position encoding of photons comprising a scintillation detector (20) which increases the spatial resolution of first photons of gamma rays incident thereon and comprises a plurality of pieces (22) of scintillator material which interact with the incident rays of the first photons to generate a quantifiable number of second photons, and with a device (25) for detecting the second photons, characterized by eine abgestimmte Lichtführung (68) mit einer Vielzahl von optischen Barrieren (92) einer vorbestimmten unterschiedlichen Länge, die Schlitze (90) unterschiedlicher Tiefe bestimmen, wobei jeder der Schlitze (90) funktionell einem der Teile (22) aus Szintillatormaterial zugeordnet ist, wobei die zweiten, aus den Teilen (22) aus Szintillatormaterial austretenden Photonen in einen funktionell zugeordneten Schlitz (90) in der geschlitzten Lichtführung (68) eintreten, wobei jeder der Schlitze (90) eine vorweg ausgewählte Tiefe zum Kontrollieren der Verteilung der zweiten Photonen in einer Ebene hat, die senkrecht zu einer Längsrichtung der geschlitzten Lichtführung (68) ist; unda tuned light guide (68) having a plurality of optical barriers (92) of a predetermined different length defining slots (90) of different depths, each of the slots (90) being operatively associated with one of the pieces (22) of scintillator material, the second photons emerging from the pieces (22) of scintillator material entering a operatively associated slot (90) in the slotted light guide (68), each of the slots (90) having a preselected depth for controlling the distribution of the second photons in a plane perpendicular to a longitudinal direction of the slotted light guide (68); and durch eine funktionelle Zuordnung der Vorrichtung (25) zum Nachweisen der zweiten Photonen zu der Lichtführung (68) an einer von den Teilen (22) aus Szintillatormaterial entfernten Stelle zum Nachweisen der Verteilung der zweiten Photonen an vorweg ausgewählten Stellen auf der geschlitzten Lichtführung (68), wodurch die Strahlen der ersten Photonen die zweiten Photonen erzeugen, welche durch die abgestimmte Lichtführung (68) in einem kontrollierten Statistischen Muster verteilt sind und durch die Vorrichtung (25) zum Nachweisen der Verteilung der zweiten Photonen nachgewiesen werden.by a functional assignment of the device (25) for detecting the second photons to the light guide (68) on one of the parts (22) made of scintillator material remote location for detecting the distribution of the second photons at preselected locations on the slotted light guide (68), whereby the rays of the first photons generate the second photons which are distributed by the tuned light guide (68) in a controlled statistical pattern and are detected by the device (25) for detecting the distribution of the second photons. 2. Das System zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (25) zum Nachweisen der zweiten Photonen eine Vielzahl von Photonenvervielfachern umfaßt, wobei jeder der Photonenvervielfacher (70) ausgewählten Schlitzen (90) der geschlitzten Lichtführung (68) funktionell zugeordnet ist zum Zählen von aus der geschlitzten Lichtführung (68) an vorher ausgewählten Stellen entlang ihrer Länge austretenden Photonen, wobei die Zahl der Photovervielfacher (70) geringer ist als die Zahl der Teile (22) aus Szintillatormaterial.2. The system for two-dimensional position encoding of photons according to claim 1, characterized in that the device (25) for detecting the second photons comprises a plurality of photon multipliers, each of the photon multipliers (70) being operatively associated with selected slots (90) of the slotted light guide (68) for counting photons emerging from the slotted light guide (68) at pre-selected locations along its length, the number of photomultipliers (70) being less than the number of pieces (22) of scintillator material. 3. Das System zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (22) aus Szintillatormaterial in einem Feld angeordnet sind, wobei sich eine vorweg ausgewählte Anzahl von Kristallen (64, 1' bis 32') in jeder Spalte und jeder Zeile des Feldes befindet.3. The system for two-dimensional position encoding of photons according to claim 1, characterized in that the pieces (22) of scintillator material are arranged in an array, with a preselected number of crystals (64, 1' to 32') in each column and each row of the array. 4. Das System zur Zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (25), die zum Nachweisen der zweiten Photonen der Lichtführung funktionell zugeordnet ist, eine Vorrichtung zum Zählen der an vorweg ausgewählten Stellen entlang der Länge der Lichtführung (68) sich ausbreitenden Photonen ist, wodurch die Verteilung der zweiten Photonen bestimmt werden kann.4. The system for two-dimensional position coding of photons according to claim 1, characterized in that the device (25) which is functionally associated with the light guide for detecting the second photons is a device for counting the photons propagating at preselected locations along the length of the light guide (68), whereby the distribution of the second photons can be determined. 5. Das System zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (22) aus Szintillatormaterial integral mit einer abgestimmten Lichtleitung (68) geschaffen ist, welche eine Vielzahl von optischen Barrieren (92) vorbestimmter Länge, die Schlitze (90) bestimmen, aufweist, wobei jeder der Schlitze (90) einem Teil (22) aus Szintiallatormaterial funktionell zugeordnet ist, wodurch in die Teile (22) aus Szintillatormaterial eintretende Photonen in einen funktionell zugeordneten Schlitz (90) in der geschlitzten Lichtführung (68) eintreten, wobei die Schlitze (90) eine vorher ausgewählte Tiefe haben, um die Verteilung von Photonen in der Ebene entlang einer axialen und einer transaxialen Dimension der geschlitzten Lichtführung (68) zu kontrollieren.5. The system for two-dimensionally encoding photons according to claim 1, characterized in that the pieces (22) of scintillator material are formed integrally with a tuned light guide (68) having a plurality of optical barriers (92) of predetermined length defining slots (90), each of the slots (90) being operatively associated with a piece (22) of scintillator material, whereby photons entering the pieces (22) of scintillator material enter a operatively associated slot (90) in the slotted light guide (68), the slots (90) having a preselected depth to control the distribution of photons in the plane along an axial and a transaxial dimension of the slotted light guide (68). 6. Das System zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (22) aus Szintillatormaterial durch eine Vielzahl von optischen Barrieren (92) mit vorher ausgewählten Tiefe getrennt sind, um so integral eine abgestimmte Lichtführung (68) zu bestimmen, um die Verteilung von in die Teile (22) aus Szintillatormaterial eintretenden Photonen von Gammastrahlen entlang einer axialen und einer transaxialen Dimension der Teile (22) aus Szintillatormaterial zu kontrollieren.6. The system for two-dimensional photon position encoding according to claim 1, characterized in that the pieces (22) of scintillator material are separated by a plurality of optical barriers (92) of preselected depth so as to integrally define a tuned light guide (68) to control the distribution of gamma ray photons entering the pieces (22) of scintillator material along an axial and a transaxial dimension of the pieces (22) of scintillator material. 7. Das System zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (22) aus Szintillatormaterial Wismutgermanatkristalle (64) umfassen.7. The system for two-dimensional position coding of photons according to claim 1, characterized in that the parts (22) made of scintillator material comprise bismuth germanate crystals (64). 8. Ein Verfahren zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen zum Verbessern der räumlichen Auflösung von ersten Photonen von Gammastrählen, die auf einen Szintillationsdetektor (20) einfallen, der eine Vielzahl von Teilen (22) aus Szintillatormaterial umfaßt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:8. A method for two-dimensional position coding of Photons for improving the spatial resolution of first photons of gamma rays incident on a scintillation detector (20) comprising a plurality of pieces (22) of scintillator material, characterized by the following steps: Positionieren der Teile (22) aus Szintillatormaterial an ausgewählten Stellen, um die einfallenden ersten Photonen zu empfangen, wobei die Teile (22) aus Szintillatormaterial in einem Feld angeordnet sind und eine quantifizierbare Anzahl von zweiten Photonen als Folge der Wechselwirkung der einfallenden ersten Photonen mit den Teilen (22) aus Szintillatormaterial ausgeben;positioning the pieces (22) of scintillator material at selected locations to receive the incident first photons, the pieces (22) of scintillator material being arranged in an array and emitting a quantifiable number of second photons as a result of the interaction of the incident first photons with the pieces (22) of scintillator material; Kontrollieren der Statistischen Verteilung der zweiten, aus Abschnitten der in einem Feld angeordneten Teile (22) aus Szintillatormaterial austretenden Photonen unter Verwendung einer abgestimmten Lichtführung (68) mit einer Vielzahl von optischen Barrieren (92) einer vorbestimmten, Unterschiedlichen Länge, die Schlitze (90) unterschiedlicher Tiefe bestimmen, wobei jeweils ein Schlitz (90) jeweils einem der Teile (22) aus Szintillatormaterial funktionell zugeordnet ist, wodurch die zweiten, aus den Teilen (22) aus Szintillatormaterial austretenden Photonen in einen funktionell zugeordneten Schlitz (90) in der geschlitzten Lichtführung (68) eintreten, wobei jeder Schlitz eine vorher ausgewählte Tiefe hat, um die Verteilung der zweiten Photonen in einer Ebene senkrecht zu einer Längsrichtung der geschlitzten Lichtführung (68) zu kontrollieren; undControlling the statistical distribution of second photons emerging from portions of the arrayed pieces (22) of scintillator material using a tuned light guide (68) having a plurality of optical barriers (92) of a predetermined, different length defining slots (90) of different depths, each slot (90) being operatively associated with a respective one of the pieces (22) of scintillator material, whereby the second photons emerging from the pieces (22) of scintillator material enter a operatively associated slot (90) in the slotted light guide (68), each slot having a preselected depth to control the distribution of the second photons in a plane perpendicular to a longitudinal direction of the slotted light guide (68); and Nachweisen der Verteilung der zweiten Photonen an vorher ausgewählten Schnittstellen auf der Lichtführung (68), wobei die zweiten Photonen, die aus Teilen (22) aus Szintillatormaterial austreten, in einem kontrollierten Statistischen Muster über die Lichtführung (68) verteilt sind und nachgewiesen werden.Detecting the distribution of the second photons at preselected interfaces on the light guide (68), wherein the second photons emerging from parts (22) of scintillator material are distributed in a controlled statistical pattern over the light guide (68) are and are proven. 9. Das Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Photonen gezählt werden, um die Statistische Verteilung solcher Photonen zu bestimmen.9. The method according to claim 8, characterized in that the second photons are counted to determine the statistical distribution of such photons. 10. Das Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt des Erkennens des Musters der gezählten Photonen und ihrer Verteilung einschließt, um die Lagestellen des Ursprungs für die zweiten Photonen zu bestimmen.10. The method of claim 9, characterized in that the method includes the step of recognizing the pattern of the counted photons and their distribution to determine the locations of origin for the second photons. 11. Die Verwendung eines Systems zur zweidimensionalen Lagekodierung von Photonen nach Anspruch 1 für ein Positronenemissionstomographieverfahren zum Nachweisen und quantitativen Messen biochemischer und/oder Physiologischer Veränderungen in einem lebenden Organismus (16), wobei ein radioaktiver Verbundstoff mit radioaktiven Isotopen solch einem lebenden Organismus (16) verabreicht worden ist, so daß Postitronen von den Isotopen emittiert werden, wenn die Isotope in dem Organismus (16) umgewandelt werden, wobei jedes emittierte Positron auf ein Elektron trifft, so daß beide anihiliert werden, was die Emission von Gammastrahlen bewirkt, die die Form von zwei Photonen annehmen, die von der Lage der Anihilierung in entgegengesetzte Richtungen (180º) emittiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Positionieren einer Vielzahl von Teilen (22) aus Szintillatormaterial in einem Feld umfaßt, so daß die Gammaphotonen darauf einfallen und eine quantifizierbare Anzahl von optischen Photonen erzeugen, die aus dem Feld aus Szintillatormaterial austreten, und daß der Prozeß weiter das Kontrollieren der statistischen Verteilung der optischen, aus den Teilen (22) aus Szintillatormaterial austretenden Photonen umfaßt.11. The use of a system for two-dimensional position encoding of photons according to claim 1 for a positron emission tomography method for detecting and quantitatively measuring biochemical and/or physiological changes in a living organism (16), wherein a radioactive compound having radioactive isotopes has been administered to such a living organism (16) such that positrons are emitted from the isotopes when the isotopes are converted in the organism (16), each emitted positron striking an electron so that both are annihilated, causing the emission of gamma rays which take the form of two photons emitted from the position of annihilation in opposite directions (180º), characterized in that the method comprises positioning a plurality of pieces (22) of scintillator material in an array such that the gamma photons are incident thereon and produce a quantifiable number of optical photons emerging from the field of scintillator material, and that the process further comprises controlling the statistical distribution of the optical photons emerging from the pieces (22) of scintillator material. 12. Das Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren den Schritt des Zählens der aus den Teilen (22) aus Szintillatormaterial austretenden Photonen umfaßt, um eine Information zu erhalten, um die Lageinformation bezüglich des Szintillationsereignisse zu bestimmen, welches von den auf ausgewählte Teile (22) aus Szintillationsmaterial einfallende Photonen herrührt.12. The method of claim 11, characterized in that the method comprises the step of counting the photons emerging from the pieces (22) of scintillator material to obtain information to determine the positional information regarding the scintillation event resulting from the photons incident on selected pieces (22) of scintillator material. 13. Das Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die Schritte des Vergleichens der Information in bezug auf die gezählten Photonen mit einer vorher ausgewählten Statischen Verteilung von Photonenzählwerten einschließt, um die Lage des Szintillationsereignisses zu bestimmen, wodurch eine solche Lageinformation einem Computer (32) zugeführt werden kann, um ein Tomographiebild zu erzeugen.13. The method of claim 11, characterized in that the method includes the steps of comparing the information relating to the counted photons with a preselected static distribution of photon counts to determine the location of the scintillation event, whereby such location information can be fed to a computer (32) to generate a tomographic image. 14. Das Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (22) aus Szintillatormaterial in einem Feld angeordnet sind, das acht Teile (22) aus Szintillatormaterial in einer jeden Spalte und vier Teile (22) aus Szintillatormaterial in jeder Zeile hat.14. The method of claim 11, characterized in that the pieces (22) of scintillator material are arranged in an array having eight pieces (22) of scintillator material in each column and four pieces (22) of scintillator material in each row.